一种线性缓启动电路的短路保护方法与流程

本发明涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种线性缓启动电路的短路保护方法。

背景技术：

对于脉冲工作的大功率发射机等存在较大功率波动的设备，其供电侧往往接入了大容量的储能电容，用以提供脉冲功率。同时为避免引入电容带来的开机电流冲击，常采用一种基于场效应管的线性缓启动电路，如图1所示。该电路在电源Vdc和电容C之间接入场效应管Q，上电时通过向Q的栅极注入缓启电压使其缓慢导通，达到限制电容充电电流的效果。

针对上述电路负载侧的短路保护，现有技术仅通过短路后的大电流信息来对短路状态进行识别，而后再执行保护动作。通常的方法是将输出电流与固定的预设值进行比较，当电流超过预设值时关断场效应管。为了消除对暂态过程中脉冲电流的误判，短路保护的预设值通常很大。如果上电前负载已经短路，由于场效应管缓启动的限流特性，会限制上电时短路电流的上升，极大地推迟电流达到预设值而触发保护的时间。这一期间的场效应管工作在线性区，会持续承受着很大的功率，容易因过功率而损坏。

针对这种线性缓启动电路的短路保护，现有技术仅对上电后稳态工作时的负载短路有效，而无法对上电前就存在的负载短路故障进行保护，存在局限性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的上述问题，提出了一种短路保护的方法，能够对上述线性缓启动电路的短路故障进行有效的保护。

本发明提供的一种线性缓启动电路的短路保护方法，包括：

获取电路的电流和输出电压，经过信号调理得到电流检测值和电压检测值；

设置短路保护比较器的最小基准值Vr，其中Vr大于0；

将电流检测值与电压检测值分别输入到短路保护比较器的两个输入端；

当电压检测值大于最小基准值Vr时，将电压检测值作为短路保护比较器的基准值；

短路保护比较器对其接收到的电流检测值与其基准值的大小进行比较；

识别短路状态，触发短路保护动作。

进一步，电流检测值与电压检测值分别输入到短路保护比较器的正、负输入端；当短路保护比较器的输出为高时，识别为短路状态，启动短路保护动作。

进一步，最小基准值Vr根据短路时开机的最大短路电流所对应的电流检测值来设定。

进一步，电流和输出电压的调理过程为：电流在电路缓启动时的放大倍数为A1，在电路正常工作时的放大倍数A2，A1>A2；输出电压的放大倍数为A3，其中A2的设置满足电路正常工作时最大脉冲电流对应的电流检测值小于电路正常工作时最低输出电压对应的电压检测值。

进一步，A1和A2的选择受电压检测值的控制，当电压检测值达到设定值时，选择A2。

进一步，A3根据电路最大输出电压对应的电压检测值为短路保护比较器供电电压的一半来设置。

进一步，A1是A2的两倍。

进一步，设定值为正常输出电压对应的电压检测值的一半。

通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果是：本发明的短路保护方法，缩短了线性缓启动电路短路故障的识别时间，使得无论短路故障发生在何种情况，都能进行有效的保护，弥补了现有技术的不足，提高了电路的可靠性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为线性缓启动电路的原理图；

图2为实现本发明的短路保护方法的电路原理图；

图3为与本发明的示例性实施例一致的电路正常启动时的仿真波形图；

图4为与本发明的示例性实施例一致的电路短路上电时短路保护的仿真波形图；

图5为与本发明的示例性实施例一致的电路正常工作时短路保护的仿真波形图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明的短路保护方法基于缩短短路故障的识别时间来加快保护，减小线性缓启动器件在负载短路开通时承受功率应力的时间，不致损坏。

本发明为缩短短路故障识别时间，在检测电流之外，增加了对输出电压的检测，并将后者作为短路保护比较器的基准值，通过二者的比较来对短路状态进行快速识别。具体如下：

1)分别获取电路的电流和输出电压，经过信号调理得到电流检测值和电压检测值；并将电流检测值与电压检测值分别输入到短路保护比较器的两个输入端。

2)为短路保护比较器设置大于0的最小基准值Vr，避免开机时出现误保护。在一些实施例中，该最小基准值Vr根据短路时开机的最大短路电流所对应的电流检测值来设定。

3)当电压检测值大于最小基准值时，使其作为短路保护比较器的基准值。

在一些实施例中，在电路缓启动阶段增大电流的放大倍数。

图2为实现本发明的短路保护方法的电路原理图。如图2所示，A3为输出电压的放大倍数，其输出为电压检测值，可按电路最大输出电压对应的电压检测值为短路保护比较器供电电压的一半来设置。在一个具体实施例中，电路最大输出电压为300V，短路保护比较器供电电压为12V，故设定A3为0.02。

A1为电路缓启动时的电流放大倍数，A2为正常工作时的电流放大倍数，A1>A2，它们的输出为电流检测值。A2需满足电路正常工作时最大脉冲电流对应的电流检测值要小于电路正常工作时最低输出电压对应的电压检测值。在一个具体实施例中，电路正常工作时最小电压为240V，按上述具体实施例中A3的放大倍数，其对应的电压检测值为4.8V。电路正常工作时最大脉冲电流为100A，故A2需小于0.048，可设定为0.04。在一些实施例中，A1可取为A2的两倍，设定为0.08。

在一些实施例中，电流检测值与电压检测值分别输入到短路保护比较器U的正、负向输入端。当U输出为高时将导通开关K2，使Q关断。

Vr是设定的最小基准值，通过二极管与电压检测值相连。Vr根据短路时开机的最大短路电流所对应的电流检测值来设定。在一个具体实施例中，允许的短路时开机的最大短路电流为20A，按上述具体实施例中A1的放大倍数，可设定Vr为1.6V。

开关K1受电压检测值的控制，用以选择不同的电流放大倍数。在电路缓启动过程中电压检测值较正常工作时小，此时通过K1选择A1；待正常工作后，选择A2。在一个具体实施例中，A1、A2切换时刻，可设定为电压检测值为正常输出电压对应的电压检测值的一半时。在一个具体的实施例中，正常输出电压为270V，对应的电压检测值为5.4V，则K1动作时刻对应的电压检测值和输出电压分别为2.7V和135V。

图3为与本发明的示例性实施例一致的电路正常启动时的仿真波形图。如图3所示，上坐标系是电压和电流波形，下坐标系是对应的电压检测值和电流检测值波形。启动后，电压和电流都从零开始上升，电压达到正常输出电压(如270V)后趋于稳定，电流达到最大充电电流后则迅速减小。由于最小基准值的存在，电压检测值从Vr开始上升，电流检测值则跟随电流从零开始增长。当电压检测值随输出电压上升到设定值(如2.7V)时，电流放大倍数由A1减小为A2，发生了放大倍数切换。

图4为与本发明的示例性实施例一致的电路短路上电时短路保护的仿真波形图。电路在缓启动过程中，此时电压检测值较低，相应的，短路保护比较器的基准值也处于较低水平。由于设定有最小基准值Vr，所以短路保护比较器的基准值不会小于Vr值。在正常启动时，由于线性缓启动电路的限流作用，电流检测值从0开始增长；短路保护比较器的基准值随着输出电压上升从Vr开始增长：这使得前者始终小于后者，直到进入正常状态，结束缓启动。

当负载短路故障时，电流检测值依然从0开始增长，但输出电压被短路导致短路保护比较器的基准值始终被限制在Vr。当短路电流增长到设定的最大允许值时，电流检测值刚好等于Vr，短路保护比较器快速识别到短路状态，进而触发保护动作。同时，由于此阶段电流放大倍数较正常工作时大，对应保护时刻的电流较小，不但缩短了线性缓启动器件承受功率的时间，还减小了最大的功率应力。

如图4所示，最上方的坐标系是保护动作信号波形。由于上电前输出已经短路，电压始终为0V，电压检测值则始终为Vr。电流及其检测值都快速上升，当电流检测值达到Vr时刻，触发保护动作。

图5为与本发明的示例性实施例一致的电路正常工作时短路保护的仿真波形图。电路处于正常工作时，此时电压检测值较高，其作为短路保护比较器的基准值与电流检测值进行比较，可以消除对暂态过程中脉冲电流的误判。当发生负载短路故障时，输出电压会拉低，使得短路保护比较器的基准值随之减小；同时短路电流会提升，使得电流检测值随之增大。前者减小，后者增大，两者迅速交汇使短路保护比较器识别到短路状态，进而触发保护动作。

如图5所示，电路正常工作时突然短路，输出电压及其电压检测值快速下降，电流及其电流检测值快速上升。当电压检测值随输出电压下降至低于设定值(如2.7V)时，电流放大倍数切换，电流检测值突然增大，并与电压检测值快速交汇，触发保护动作。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。